Des astronomes dirigés par l’Université Northwestern ont découvert une caractéristique inhabituelle entourant la célèbre « Planète Rose » : des cieux remplis de nuages salins.
Depuis plus d’une décennie, ce monde ancien, connu pour son brouillard rosé, demeure l’un des mystères persistants de l’astronomie. En tant que l’un des compagnons de masse planétaire les plus froids jamais directement imagés, il est si faible que les scientifiques ont eu du mal à analyser sa lumière depuis la Terre. Désormais, les observations du télescope spatial James Webb (JWST) ont révélé une atmosphère riche en chimie exotique et des nuages sans précédent.
Les résultats fournissent certaines des premières preuves directes que des nuages salins peuvent exister dans l’atmosphère d’un objet planétaire froid, confirmant une prédiction formulée par des scientifiques il y a plus de 15 ans. Ces découvertes soulignent également la capacité du JWST à étudier des mondes extrêmement froids et faibles, au-delà de la portée des observatoires terrestres.
Cette étude a été publiée le 18 juin dans l’Astronomical Journal.
« La Planète Rose est le compagnon le plus froid jamais découvert à l’aide d’instruments terrestres », a déclaré Aneesh Baburaj, chercheur en exoplanètes et auteur principal de l’étude. « De nombreuses équipes dans le monde entier ont effectué des observations de suivi pour étudier sa lumière, mais elle était trop faible pour les instruments terrestres. Cela en a fait une cible parfaite pour le JWST. Lorsque nous avons finalement obtenu son spectre, il semblait immédiatement intéressant. Mais une fois que nous avons commencé à examiner les données plus en profondeur, nous avons réalisé qu’il n’était pas comme tout ce que nous avions analysé auparavant. »
Baburaj est un associé postdoctoral au Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaire en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Le projet a également impliqué des scientifiques de l’Institut des sciences du télescope spatial (STScI), y compris Marshall Perrin, qui a conçu le programme d’observation pour cet objet. Perrin fait partie de l’équipe scientifique du télescope JWST, qui a contribué au développement de l’observatoire et soutient ses opérations continues.
Un Monde Froid avec une Identité Incertaine
Découverte pour la première fois en 2013, la Planète Rose, officiellement connue sous le nom de GJ 504 b, orbite une étoile semblable au Soleil à environ 57 années-lumière de la Terre. Malgré son surnom, les chercheurs ne sont pas certains qu’il s’agisse réellement d’une planète.
Avec une masse d’environ 25 fois celle de Jupiter, GJ 504 b se situe près de la frontière entre les planètes géantes et les naines brunes. En raison de cette ambiguïté, les astronomes le classifient comme un « compagnon de masse planétaire », un objet de masse planétaire qui orbite une étoile.
Sa faible température a ajouté à son intrigue. La plupart des exoplanètes directement imagées ont des températures variant d’environ 1 000 à 2 000 degrés Fahrenheit. En comparaison, GJ 504 b n’atteint qu’environ 550 degrés Fahrenheit (290 degrés Celsius), similaire à la température à l’intérieur d’un four à pain.
Selon Baburaj, l’âge de l’objet aide à expliquer sa relative fraîcheur. Les planètes géantes commencent leur vie extrêmement chaudes et se refroidissent progressivement sur des milliards d’années. La nouvelle recherche estime que GJ 504 b a entre 2,5 et 4 milliards d’années.
James Webb Révèle le Spectre de la Planète
Pour étudier cet objet, Baburaj et ses collègues ont utilisé le JWST pour collecter sa lumière faible. Ils ont ensuite appliqué des techniques de traitement avancées pour éliminer l’éblouissement de l’étoile hôte beaucoup plus brillante.
Cette approche a permis à l’équipe d’obtenir le spectre du compagnon, qui sépare la lumière en ses couleurs composantes. Étant donné que différents éléments et molécules laissent des signatures uniques dans un spectre, les scientifiques peuvent utiliser ces informations pour déterminer la composition d’une atmosphère.
« Dans le passé, d’autres astronomes ont observé le compagnon pendant toute une nuit avec certains des plus grands télescopes du monde pour obtenir un spectre », a déclaré Baburaj. « Et ils n’ont pas pu voir l’objet. Avec le JWST, notre observation a duré environ deux heures, et nous avons réussi. »
Les Nuages Salins Résolvent un Mystère de Longue Date
Les observations ont révélé une atmosphère contenant de la vapeur d’eau, du méthane, du dioxyde de carbone, de l’ammoniac et d’autres molécules.
Lorsque les chercheurs ont tenté de recréer l’atmosphère à l’aide de modèles informatiques, ils ont rencontré un problème. Les observations ne pouvaient être assorties que de conditions atmosphériques qui ne semblaient pas physiquement réalistes.
La solution est apparue lorsque l’équipe a ajouté des nuages aux modèles. Une fois les nuages inclus, les étranges incohérences ont disparu. Les résultats suggèrent que des nuages salins obscurcissent des couches plus profondes de l’atmosphère et influencent la lumière qui atteint finalement le JWST.
« Nous avons effectué des simulations avec des nuages, et les résultats s’alignaient avec ce que nous savons sur les planètes froides », a déclaré Baburaj. « Nous avons essayé trois types différents de nuages, et les nuages salins s’adaptaient le mieux. Lorsque nous avons pris en compte les nuages salins, cela a atténué la signature des molécules cachées plus profondément dans l’atmosphère du compagnon. Les résultats sont alors devenus physiquement possibles. »
Le spectre indique également que GJ 504 b pourrait contenir une quantité exceptionnellement élevée d’éléments lourds, souvent désignés par les astronomes comme des métaux. Néanmoins, des questions demeurent sur la formation de l’objet. Les preuves actuelles suggèrent qu’il pourrait avoir été formé soit par des processus qui créent des planètes, soit par des processus qui forment de petites étoiles.
Une Nouvelle Façon d’Étudier des Mondes Aliens Froids
Baburaj estime que les méthodes développées pour cette étude pourraient aider les scientifiques à enquêter sur d’autres objets planétaires froids et faibles.
Jupiter, par exemple, contient des nuages composés de glace d’ammoniac. Bien que les instruments actuels ne puissent pas encore étudier directement ces couches de nuages avec le même niveau de détail, la détection de nuages salins autour de GJ 504 b suggère que les astronomes se rapprochent de cet objectif.
« C’est la première fois que nous découvrons que les nuages salins sont essentiels pour expliquer le spectre d’un objet », a déclaré Baburaj. « Cela rappelle l’importance de prendre en compte les nuages dans nos modèles. »
L’étude, « JWST-TST High Contrast: First Direct Spectroscopy of GJ 504 b Reveals Clouds and Possible Metal Enrichment, » a été soutenue par la NASA (numéro de prix 80NSSC20K0586).
